JP4974101B2 - ガスタービンエンジンを組立てるための方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的にはガスタービンエン
ジン圧縮機を組立てるための方法及び装置に関する。
少なくとも幾つかの公知のガスタービンエンジンは、直列の流れ配置で、圧縮機、燃焼
器、高圧タービン及び低圧タービンを含む。圧縮機、燃焼器及び高圧タービンは、まとめ
てコアエンジンと呼ばれこともある。加圧された空気は、圧縮機から燃焼器に流れ、燃焼
器において加圧空気は燃料と混合されかつ燃焼される。燃焼ガスは、タービンに流れ、タ
ービンは、燃焼ガスからエネルギーを取り出して圧縮機に動力を供給し、また飛行中の航
空機を推進するか或いは発電機のような負荷に動力を供給するような有用な仕事を行う。
公知の圧縮機は、ロータ組立体とステータ組立体とを含む。公知のロータ組立体は、シ
ャフト又はディスクから半径方向外向きに延びる複数の円周方向に間隔を置いて配置され
たロータブレードの列を含む。公知のステータ組立体は、隣接するロータブレードの列間
で円周方向に延びてそこを通って流れる空気を下流のロータブレードに向かって導くため
のノズルを形成する複数のステータベーンを含むことができる。より具体的には、公知の
ステータベーンは、隣接するロータブレードの列間で圧縮機ケーシングから半径方向内向
きに延びる。
少なくとも幾つかの圧縮機では、各ステータベーンには、一体形に形成したダブテール
によって圧縮機ケーシングに取付けられた翼形部及びプラットフォームが単体構造で形成
される。ステータベーンのケーシングへの組立てを可能にするために、ケーシングダブテ
ール又はベーンレールとベーンプラットフォームとの間には、僅かな大きさの間隙が許さ
れる。しかしながら、その間隙により、ベーンプラットフォームとケーシングベーンレー
ルとの間に僅かな程度の相対運動が可能になる。ステータベーンとケーシングレールとの
間の長期間にわたる継続的な運動は、ベーンプラットフォーム及び／又はケーシングの摩
耗を引き起こすおそれがある。このようなステータベーンの相対運動は、エンジン作動中
に発生する振動によって大きくなるおそれがある。
ケーシングとベーンプラットフォームとの間の摩耗を減少させるのを可能にするために
、少なくとも幾つかのステータ組立体は、耐摩耗皮膜又は減摩材で被覆される。他の公知
の圧縮機では、ケーシングレールライナ及び／又はベーンばねを使用して、このような摩
耗を減少させるのを可能にする。しかしながら、公知の耐摩耗皮膜は、幾つかの単一ベー
ン用途では有用ではない場合があり、また公知のベーンばねは、抽気孔を含むベーンに使
用するのに適さない場合がある。さらに、公知のレールライナは、限られた数のエンジン
設計にのみ有用である。
特開２００４−１９７７４１号公報
１つの態様では、ガスタービンエンジン圧縮機を組立てる方法を提供する。本方法は、
ケーシングから延びる少なくとも１つのステータベーンケーシングレールを含む圧縮機ケ
ーシングを設ける段階と、ケーシングレールに対してレールライナを結合する段階と、互
いに結合された少なくとも２つのステータベーンを含むステータベーン組立体をライナ内
のケーシングレールに結合する段階とを含む。
別の態様では、ガスタービンエンジン用のステータベーン組立体を提供し、本ステータ
ベーン組立体は、複数の円周方向に間隔を置いて配置されたステータベーンダブレットを
含む。各ダブレットは、各ステータベーンのそれぞれの外側ステータベーンプラットフォ
ームにおいて互いに結合された一対のステータベーンを含む。各ステータベーンプラット
フォームは、ステータベーン組立体の周りで少なくとも部分的に円周方向に延びる圧縮機
ケーシングから延びたベーンレールに対して各ダブレットを摺動可能に結合するように構
成される。
さらに別の態様では、ガスタービンエンジン用の圧縮機を提供する。本圧縮機は、複数
のステータベーンレールを有するケーシングを含む。ケーシングは、圧縮機の軸方向流路
を形成する。ロータが、流路内に配置される。ロータは、複数の円周方向に間隔を置いて
配置されたロータブレードの列を含む。ステータベーン組立体は、複数のロータブレード
の列の隣接する列間で延びる。各ステータベーン組立体は、ベーンレール内に受けられた
複数の円周方向に間隔を置いて配置されたステータベーンダブレットを含む。各ステータ
ベーンダブレットは、各ステータベーンのそれぞれの外側ステータベーンプラットフォー
ムにおいて互いに結合された一対のステータベーンを含む。
図１は、低圧圧縮機１２と、高圧圧縮機１４と、燃焼室（図示せず）を形成する燃焼器
１６とを含むガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０はまた、高圧ター
ビン１８と低圧タービン２０とを含む。圧縮機１２とタービン２０とは、第１のロータシ
ャフト２４によって連結され、また圧縮機１４とタービン１８とは、第２のロータシャフ
ト２６によって連結される。１つの実施形態では、エンジン１０は、オハイオ州シンシナ
ティ所在のＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｅｎｇｉｎｅｓから
購入可能なＣＦ６型である。
作動中、空気は、低圧圧縮機１２を通って流れ、加圧された空気は、低圧圧縮機１２か
ら高圧圧縮機１４に供給される。高度に加圧された空気は、燃焼器１６に送られる。燃焼
器１６からの空気流は、回転タービン１８及び２０を駆動する。
図２は、ガスタービンエンジン１０で使用することができる圧縮機３０の一部分の断面
図である。図３は、例示的なステータベーンダブレット８０を示す。例示的な実施形態で
は、圧縮機３０は、高圧圧縮機である。圧縮機３０は、流路３８を形成するケーシング３
６内に配置されたロータ組立体３２及びステータ組立体３４を含む。ロータ組立体３２は
、流路３８の内側流路境界４０を形成する。ステータ組立体３４は、流路３８の外側流路
境界４２を形成する。圧縮機３０は、複数の段を含み、各段は、円周方向に間隔を置いて
配置されたロータブレード５０の列とステータベーン組立体５２の列とを含む。例示的な
実施形態では、ロータブレード５０は、ロータディスク５４に結合される。具体的には、
各ロータブレード５０は、ロータディスク５４から半径方向外向きに延びかつ内側ブレー
ドプラットフォーム５８からブレード先端６０まで半径方向に延びる翼形部５６を含む。
ステータ組立体３４は、複数のステータベーン組立体５２の列を含み、各ベーン組立体
５２の列は、隣接するロータブレード５０の列間に配置される。圧縮機段は、空気のよう
な動力すなわち作動流体と協働して後続段で動力流体を加圧するように構成される。各ベ
ーン組立体５２の列は、各々がケーシング３６から半径方向内向きに延びかつかつ外側ベ
ーンプラットフォーム７０からベーン先端７２まで延びる翼形部６８を備えた複数の円周
方向に間隔を置いて配置されたステータベーン６６を含む。翼形部６８は、前縁７３及び
後縁７４を含む。例示的な実施形態では、ステータベーン６６は、内側プラットフォーム
を有していない。圧縮機３０は、段当り１つのステータベーン列を含み、段の幾つかは、
抽気段７６である。
抽気段７６において、ベーン組立体５２は、複数の円周方向に間隔を置いて配置された
ステータベーンダブレット８０を含む。図３に示すように、ステータベーンダブレット８
０は、それらのそれぞれの外側ステータベーンプラットフォームの突合せ端縁部８２にお
いて接合されてベーンセグメントを形成した一対のステータベーン６６を含む。接合した
プラットフォーム７０は、後で説明するように、圧縮機ケーシング３６に形成したベーン
レール８８内に受けられるように構成される。ステータベーンダブレット８０は、ろう付
け工程によって互いに接合された２つの翼形部６８を含み、かつ円周方向幅Ｗを有する。
例示的な実施形態では、ステータベーン６６は、金−ニッケルろう付け材料によって接合
される。各ステータベーンプラットフォーム７０は、圧縮機３０内の外側流路境界４２の
一部分を形成する内向きに面した面８４を含む。抽気段７６において、ステータベーンダ
ブレット８０は、翼形部６８間で接合ベーンプラットフォーム７０内に形成された抽気孔
８６を含む。抽気孔８６は、ＨＰタービン１８の１つ又はそれ以上の段を冷却するのに使
用するための動力流体の一部分を抽気する。
図４は、ケーシング３６内に取付けられたステータベーンダブレット８０の断面図を示
す。ケーシング３６は、各々がベーンプラットフォーム係合面９０を備えたケーシングベ
ーンレール８８を含む。ステータベーンプラットフォーム７０は、ケーシングベーンレー
ル８８内に受けられるダブテール９２を含む。例示的な実施形態では、ベーンレールライ
ナ９４は、ケーシングベーンレール８８内に取付けられ、ステータベーンダブレット８０
は、ベーンレールライナ９４内に受けられる。ベーンレールライナ９４は、ケーシングベ
ーンレール８８とステータベーンプラットフォームダブテール９２との間に犠牲摩耗面を
形成する。
作動中、ステータベーンダブレット８０は、ステータベーン６６のステータベーンプラ
ットフォーム７０とケーシングベーンレール８８との間の相対運動の範囲を実質的に減少
させるのに十分な大きさである円周方向幅Ｗを有するベーンセグメントを形成する。許容
移動量を減少させることにより、ケーシングベーンレール８８とステータベーンプラット
フォーム７０との間に生じる摩耗量が減少する。例示的な実施形態では、ベーンレールラ
イナ９４及びステータベーンダブレット８０は協働して、ステータベーンダブレット８０
とケーシングベーンレール８８との間の相対運動の範囲をさらに減少させる。結合したス
テータベーン翼形部６８からの振動は、部分的に互いに打ち消されて、ステータベーンダ
ブレット８０の場合に、接合プラットフォーム７０に伝達される振動が低下するようにな
る。
ステータベーン６６は、接合されてステータベーンダブレット８０を形成する。ベーン
ダブレット８０を形成するに際して、ステータベーン６６のステータベーンプラットフォ
ーム７０の突合せ端縁部８２は、最初にニッケルメッキされる。ステータベーン６６は次
に、ケーシングベーンレール８８の曲率に実質的に一致する曲率を有する精密仮付け溶接
固定具（図示せず）内に取付けられ、仮付け溶接される。仮付け溶接したステータベーン
６６は次に、ろう付け炉サイクル中に所望の形状を保持するためにカーボン部材（図示せ
ず）内に置かれる。仮付け溶接ステータベーン６６は次に、金−ニッケルろう付け合金を
使用して外側ベーンプラットフォーム７０に沿ってろう付けされてステータベーンダブレ
ット８０を形成する。金−ニッケルろうにより、エンジン作動中に継手の耐久性に必要な
、ろう付け接合部の変形能及び温度安定性が得られる。ろう付け後に、ステータベーンダ
ブレット８０は、金属学的性質を回復するためにカーボン部材内で再エージングされる。
ステータベーンダブレット８０の圧縮機ケーシング３６内への組立ては、ケーシングベ
ーンレール８８上にケーシングベーンレールライナ９４を取付けかつベーンレールライナ
９４内にステータベーンダブレット８０を取付けることによって達成される。ケーシング
ベーンレール８８と共にベーンダブレット８０のプラットフォーム長さを延長することに
より、ケーシングベーンレール８８における過剰な間隙がなくなり、それによって、個々
のベーン６６に対するベーンダブレット８０の振動応答性を低下させることが可能になる
。
上記の圧縮機組立体は、ケーシングベーンレールに対するステータベーンプラットフォ
ームの摩耗を減少させるコスト効果がありかつ信頼性がある手段を提供する。より具体的
には、圧縮機組立体は、圧縮機抽気段においてステータベーンダブレットを使用する。ス
テータベーンダブレットは、ステータベーンプラットフォームとケーシングベーンレール
との間の許容移動量を実質的に減少させるのに十分な大きさである円周方向幅を有するベ
ーンセグメントを提供する。許容移動量を減少させることにより、ケーシングベーンレー
ルとステータベーンプラットフォームとの間に生じる摩耗量が減少する。ベーンレールラ
イナはさらに、ステータベーンダブレットとケーシングベーンレールとの間の運動を減少
させ、かつ容易に取り替えることができる犠牲面を提供する。さらに、結合したステータ
ベーン翼形部からの振動は、部分的に互いに打ち消されて、ステータベーンダブレットの
場合に、接合プラットフォーム７０に伝達される振動が低下するようになる。
本発明を様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技
術思想及び技術的範囲内の変更で実施できることは、当業者には明らかであろう。なお、
特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を
実施例に限縮するものではない。
ガスタービンエンジンの概略図。 図１に示すエンジンで使用するのに適した圧縮機の断面図。 図２に示す圧縮機内で使用するのに適した例示的なステータベーンダブレットの斜視図。 圧縮機ケーシング内に取付けられた、図３に示すステータベーンダブレットの断面図。
符号の説明
１０ ガスタービンエンジン
３０ 圧縮機
３２ ロータ組立体
３４ ステータ組立体
３６ 圧縮機ケーシング
３８ 流路
４０ 内側流路境界
４２ 外側流路境界
５０ ロータブレード
５２ ステータベーン組立体
５４ ロータディスク
６６ ステータベーン
６８ ステータベーン翼形部
７０ ステータベーンプラットフォーム
７６ 抽気段
８０ ステータベーンダブレット
８８ ケーシングベーンレール
９４ ベーンレールライナ

Claims (7)

  1. ガスタービンエンジン（１０）用のステータベーン組立体（５２）であって、
    複数の円周方向に間隔を置いて配置されたステータベーンダブレット（８０）を含み、
    各前記ダブレットが、各ステータベーンのそれぞれの外側ステータベーンプラットフォーム（７０）において互いに結合された一対のステータベーン（６６）を含み、
    各前記ステータベーンプラットフォームが、該ステータベーン組立体の周りで少なくとも部分的に円周方向に延びる圧縮機ケーシング（３６）から延びたベーンレール（８８）に対して各前記ダブレットを摺動可能に結合するように構成されており、
    前記ステータベーン組立体が、前記圧縮機ケーシングベーンレール（８８）内に取り付けられたベーンレールライナ（９４）をさらに含み、前記ベーンダブレット（８０）が、前記ベーンレールライナ内に摺動可能に受けられるように構成されていることを特徴とする、ステータベーン組立体（５２）。
  2. 前記一対のステータベーン（６６）が、ろう付け工程によって互いに結合されている、請求項１記載のステータベーン組立体（５２）。
  3. 前記一対のステータベーン（６６）が、ニッケルろうを使用して互いに結合されている、請求項１記載のステータベーン組立体（５２）。
  4. 前記一対のステータベーンプラットフォーム（７０）が、圧縮機（３０）内の外側流路境界（４２）の一部分を形成している、請求項１記載のステータベーン組立体（５２）。
  5. 前記ベーンレールライナ（９４）は、前記前記圧縮機ケーシングベーンレール（８８）と前記ステータベーンプラットフォームのダブテールとの間に犠牲摩耗面を形成することを特徴とする、請求項１記載のステータベーン組立体。
  6. ガスタービンエンジン（１０）用の圧縮機（３０）であって、
    複数のステータベーンレール（８８）を含みかつそれを通る軸方向流路（３８）を形成したケーシング（３６）と、
    前記流路内に配置されかつ複数の円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレード（５０）の列を含むロータ（３２）と、
    前記複数のロータブレードの列の隣接する列間で延びる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のステータベーン組立体（５２）と、
    を含むことを特徴とする、圧縮機（３０）。
  7. 前記ステータベーンプラットフォーム（７０）が、前記圧縮機内の外側流路境界（４２）の一部分を形成し、前記ステータベーン（６６）が、前記ステータベーンプラットフォームから半径方向内向きに延びている、請求項６記載の圧縮機（３０）。
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